纳米分子影像学.doc

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1、纳米分子影像学学号：201100230155姓名：杜旭年级：临七11.1【摘要】包含纳米材料、纳米器件以及纳米表征测量等的纳米技术，对生物、医学的进步产生了巨大影响。尤其利用纳米材料独特的颗粒及光学、电学等特性，结合现代医学影像学技术，如光学成像、CT、PET/SPECT、MRI及超声成像等而形成的纳米分子影像学，在未来更是有广阔的应用前景。纳米分子影像学从广义上是指在纳米粒转运载体介导下，应用分子影像学技术对生物化学过程进行细胞和分子水平上的定性和定量研究的一门学科，主要包括磁共振纳米分子影像学、光学纳米分子影像学、核医学纳米分子影像学和超声纳米分子影像学。

2、本文主要阐述纳米分子影像学的理论基础、相关技术。【关键词】纳米分子影像学纳米技术分子影像学基因组学、蛋白质组学及其相关研究技术例如生物芯片、生物信息学等生物技术的发展，极大地促进了分子生物学与医学影像学相结合形成的分子影像学[1]的发展。分子影像学的核心内容是基因表达分子显像，主要包括反义分子显像和报告基因表达分子显像[2]，目前正面临巨大挑战。反义寡核苷酸传递载体和非病毒基因转移载体系统的研究是基因表达必须解决最关键技术之一，如何突破这些技术瓶颈已成为基因表达分子显像研究领域的关键。纳米是一种度量单位，1nm=10－6mm=10－9m。在纳米尺度，由于物质的

3、量子效应。物质的局域性和巨大的表面及界面效应，材料的性能发生了质的飞越。纳米技术兴起于二十世纪八十年代，属于前沿交叉科学领域，随着三十多年的发展，已显示出巨大的潜在应用价值，并日益渗透到多个学科领域，已形成纳米化学、纳米生物学和纳米医学等新兴学科。纳米粒转移载体，及纳米转运体，是一种安全性好，很有希望的基因转移方法[3]，具有现有非病毒基因载体所无法比拟的优势，可以显著提高靶组织内反义核苷酸摄取率、基因表达水平和转染率及靶向性。分子影像学发展瓶颈的解决有赖于纳米技术的引入。近年来，随着纳米放射性药物和纳米造影剂的研制成功与成功应用，特别是载体报告基因和反义寡核

4、苷酸纳米转运体[4,5]研制成功并获得应用，以及分子影像学和纳米技术多年来发展得来的经验和积累的知识，使纳米技术在分子影像学中的应用成为了可能。所谓“纳米分子影像学”从广义上是指在纳米转运体介导下，对活体体内生物过程应用分子影像学技术进行细胞和分子水平上的定性和定量研究的一门科学。纳米分子影像技术的本质就是在纳米转运体介导下，对分子探针与靶分子特异性相互作用（分子识别）进行分子显像，靶系统包括受体（离子通道）、酶、抗原决定簇、核酸等。纳米科技应用于分子影像学的根本目的就是为增强分子探针识别特异性靶分子的能力，提高分子显像效果。纳米分子影像学技术的基本原理为：标

5、记（纳米）分子探针→引入活体组织细胞内→在纳米转运体介导下，标记分子探针与靶分子作用→发出信号→影像设备检测信号→计算机处理成像→显示活体组织分子图像、功能代谢图像、基因转变图像。目前，纳米技术主要应用于光学成像、CT成像、单电子发射断层成像、MR成像、超声分子成像等领域。在光学成像中研究最广泛的纳米颗粒是量子点（quantumdots,QDs）[6]。目前，基于QDs纳米颗粒的荧光成像还仅限于小动物，要扩大到人体体内进行分子成像研究还有诸多问题有待解决，如光学信号穿透深度浅、QDs运输效率低、可能的毒性、缺乏定量制备等，但通过开发颗粒更小、毒性更低、多功能的

6、荧光QDs将有助于在光学分子成像中达到组织特异性、低毒性的临床要求。目前，基于纳米颗粒的分子探针在CT成像技术应用较少，主要原因是缺乏特异性靶向对比剂[7]。采用放射性核素为对比剂的成像技术包括SPECT和PET，目前，标记放射性核素的纳米颗粒主要目的是对放射性核素的动力学特征进行无创评估。其中，PET比SPECT具有更高的灵敏度。放射性核素标记的SPECT/PET成像技术比MRI具有更高的灵敏度，比光学和超声成像具有更强的组织穿透力，因此随着纳米技术的发展和生物藕合化学的成熟，集定量、无创成像和靶向分子治疗于一体的核素标记纳米颗粒平台将取得显著的研究成果。分

7、子水平的MR成像是以特殊分子对比剂作为成像依据，将非特异性物理成像转为特异性分子成像。其应用主要包括基因表达与基因治疗成像[8]、分子水平定量评价肿瘤血管生成、显微成像、活体细胞及分子水平评价功能性改变等。UMI是近年超声医学在分子影像学方面的研究热点。其原理是利用靶向超声微气泡造影剂来发现疾病早期细胞和分子水平的变化，可以更早、更准确地诊断疾病。理想的靶向微气泡超声造影剂能迅速分布于血液循环，并稳定积聚于靶组织，在特定组织中出现高于背景、能持续一段时间的特定对比回声[9]。虽然目前UMI技术已显示出了巨大的临床应用前景，但其灵敏度在某些组织或器官中会显著下降

8、。因此，超声分子靶向造影剂的制备目前存